高龄老年骨科手术患者术后低蛋白血症风险因素及预测模型

陈余兴 王贵

(海南西部中心医院，海南 儋州 571700 )

随着老年人口在人口结构中的比例不断增加及医疗技术的进步，老年骨科行手术治疗的患者也在不断增多〔1,2〕。低蛋白血症是骨科术后的常见并发症，具体指血清总白蛋白低于60 g/ml或白蛋白低于35 g/ml〔3,4〕。低蛋白血症也是影响免疫功能的重要原因，及早地纠正低蛋白血症可降低并发症的发生率，特别是高龄老人应尤其予以重视〔5〕。骨科手术往往创伤较大、术中出血多、手术时间长及需要复合麻醉，而高龄老年患者身体耐受能力差，更容易导致骨科术后并发症发生〔6〕。因此，本研究针对高龄老年骨科患者术后低蛋白血症为研究对象，用数据挖掘方法对高龄骨科手术患者的临床资料进行回顾性分析，分析这类人群术后低蛋白血症的风险因素，建立高龄骨科患者术后低蛋白血症的风险预测模型，以期为高龄骨科患者术后低蛋白血症的预防和治疗提供依据。

1 资料与方法

1.1数据来源 数据来自海南省儋州中心医院信息管理系统，出院日期为2015年3月1日至2020年3月31日的80岁及以上高龄骨科患者住院病历信息。提取内容主要为5个部分，包括一般信息、诊断信息、检验结果、检查结果、病例中明确记录的术后并发症。

1.2纳入排除标准 纳入标准：①因骨科疾病在海南省儋州中心医院住院的患者；②患者年龄≥80岁；③行手术治疗。排除标准：①临床资料不全影响判断者；②转科患者。

1.3数据采集 根据海南省儋州中心医院住院病人电子病历首页查询系统查询符合纳入排除标准的病历的病案号，制定名单列表，然后由医院信息系统(HIS)中导出列表上病人的电子病历，同时由HIS中导出患者的检验记录，心电图、B超、胸片、CT、磁共振成像(MRI)等检查结果及部分病历在病案室手工采集。将收集到的各项数据输入Excel表，建立基础数据库。

1.4数据预处理 数据规约：对检查检验指标的连续型特征统一单位，并按术前术后划分，并取极值，离散型特征进行类别规范。时间由“小时、天、周、月、年”统一为“天”；红细胞计数术前最小值(min)为3.16，红细胞计数术前最大值(max)为3.83；血红蛋白min为92，血红蛋白max为113。麻醉名称由“腰麻、神经阻滞、局麻、腰硬联合、硬膜外、臂丛、全麻、硬外、连硬外”整理归为“椎管内麻醉、腰从麻醉、局麻、颈丛麻醉、神经阻滞、臂丛麻醉、全麻”7类。异常值和缺失值处理：首先，部分缺失值经医学专家确认后在原数据补全。无法补全者根据不同数据类型按照以下规定补全：①录入导致的异常值修正或用缺失值替代；②连续变量由于不符合正态分布，偏度较大，用中位数插补；③离散变量用众数插补相应的缺失值〔7〕。标准化：①连续特征采用z-score标准化方法转换，经转换后的数据满足均值为0标准差为1；②离散特征做one-hot变换，实现离散特征的标准化。

1.5术后低蛋白血症的判定规则 ①根据病历信息中病程记录、会诊记录、出院记录的诊断信息确定术后并发症的低蛋白血症。②根据术后的检验结果的最低值进行判定(术后血清总蛋白低于60 g/L或白蛋白低于35 g/L〔3〕,术前正常)。

2 结 果

2.1数据提取结果的一般信息 根据纳入排除标准，共提取患者病案号498例，经筛查发现数据中有重复出现的病案号20例，均为二次住院手术，二次住院时间均超过半年，经讨论决定作为新的病历来研究。因此原数据新增20例，共518例。数据严重缺失影响判断病历2例，最终剩余516例。提取出病历特征共357种，剔除缺失比例大于30%的特征不予分析，剔除无法分析的特征(如：病案号，既往史等)，共剩余128个特征。其中最早出院时间为2003年7月18日，最晚出院时间为2020年3月29日。患者年龄最大97岁，最小80岁，平均83.99岁，男性173例，女性343例。全部患者的术后低蛋白血症发生率为36.6%(189例)。

2.2单因素分析结果 单因素分析将有统计学意义的特征作为下一步建模的特征。全部128个特征，有统计学意义的共63个连续型特征和3个离散型特征(椎管内麻醉、致伤因素、是否使用中药)，见表1。

表1 单因素分析结果

续表1 单因素分析结果

2.3模型构建结果 将年龄、伤后至入院时间、术中出血量、术中输血量、术中输液量、术后输血量、术后引流量、血磷min、血磷max、凝血酶原时间INR min、凝血酶原时间max、纤维蛋白原定量max等多个因素纳入多元预测模型。利用网格搜索(GridSearch)方法进行参数寻优，并使用k-折交叉验证对模型评估。对比模型拟合及预测效果，选择最佳模型作为最终的风险模型。研究中使用了决策树(Decision Tree)、逻辑回归(Logistic Regression)、随机森林(Random Forest)、ExtraTreesClassifier、AdaBoost、GradientBoostDecisionTree、SVM等7种目前流行的机器学习模型。其中以随机森林模型为最佳，训练集的10折交叉验证AUC值高达87.7%。按特征重要对模型特征排序，系数越大代表特征对模型的影响越大：白蛋白定量min(0.6)、椎管内麻醉(0.5)、肌酸激酶同工酶min(0.5)、术后引流量(0.4)、术中出血量(0.4)、直接胆红素max(0.4)、血清总蛋白max(0.4)、术后输血量(0.3)、血清总蛋白min(0.3)、血钠min(0.3)、总胆红素min(0.3)、总胆红素max(0.2)、肌酸激酶min(0.2)、高密度脂蛋白min(0.2)，表明它们是老年骨科患者术后发生低蛋白血症的独立危险因素。

2.4模型验证及ROC曲线 模型ROC曲线见图1。

图1 模型ROC曲线

通过对7种机器学习模型的对比，最终选定最佳模型为随机森林，模型的ROC曲线为0.891 638,10折交叉验证后的ROC曲线为0.790 397，通过结果可以看出模型有较好的预测能力。

3 讨 论

在本研究中，通过对术后发生低蛋白血症的高龄老年骨科手术患者临床资料进行分析及建模，发现了20种可能导致患者术后发生低蛋白血症的预测因素。本研究发现高龄老年骨科手术患者发生低蛋白血症的发生率明显高于李秋萍等〔8〕在363例65岁以上老年外科大手术患者研究中的15.2%，可能与其诊断标准定为白蛋白<25 g/L，而本研究的诊断标准为白蛋白<35 g/L有关。此外，本研究为80以上高龄老年患者，术前衰弱及营养状况、生理储备能力均不及65岁以上人群。沈妍交〔9〕通过对衰弱指数在老年髋部骨折围术期风险评估的应用研究发现，行手术治疗的髋部骨折患者中，衰弱患者的术后低蛋白血症发生率明显高于非衰弱患者。所以年龄段的不同也是本研究术后低蛋白血症发生率高的重要原因。但在本研究中并未发现年龄是80岁以上老年骨科手术的风险因素，可能与患者间年龄差距较小相关。本研究患者年龄主要集中于80～86岁，约占患者总数的78%，所以年龄对术后的影响不能较好体现。

3.1文献报道的可能原因及机制 目前骨科术后低蛋白血症的主要原因及机制主要有：①术后应激：术后应激造成机体处于一种分解激素高于合成激素的高代谢水平，进而引起蛋白质大量消耗，导致低蛋白血症，即内分泌代谢反应〔10〕;②急性炎症：急性炎症时形成的内皮间隙与大量炎性介质所导致的微血管白蛋白渗漏相匹配，使内皮细胞连接间隙开放，白蛋白无须依赖能量即可通过内皮间隙，即炎症反应，加速术后低蛋白血症的发生〔11〕;③术中失血：白蛋白随术中失血及术后胸腔积液的丢失而减少。本研究中术后引流量及术后输血量同样是手术造成患者血液流失的直接和间接指标，印证了手术失血是术后低蛋白血症的风险因素;④术中及术后输液：术中、术后因病情需要输注大量液体而造成的稀释性低蛋白血症，与本研究结论一致。其中内分泌反应所致的高分解代谢及炎症反应引起的微血管白蛋白渗漏是术后低蛋白血症发生的主要机制。⑤衰弱：衰弱的老年患者处于易损性增加、内环境紊乱、营养不良导致基础蛋白较低的特异性状态，是术后并发症的独立风险因素〔12，13〕。⑥术前白蛋白：术前白蛋白水平体现了患者的营养状况及代谢能力，营养不良患者在应激状态下增加蛋白的分解以保证机体能量的平衡〔14〕。所以术前蛋白水平较低者，术后更容易出现低蛋白血症。术后血清白蛋白水平下降幅度与术前白蛋白水平呈明显正相关。郭志金等〔15〕通过对200例患者进行回归分析发现，术前低蛋白患者术后低蛋白血症的发生是正常患者的 6.163倍。本研究的最高风险因素为术前白蛋白定量min及血清白蛋白max，体现了患者术前白蛋白的最低状态。

3.2本研究新发现的风险因素 本研究通过建模分析发现以下风险因素：①椎管内麻醉:麻醉方式的不同，一定程度上反映了手术的难度与创伤的大小。椎管内麻醉是骨科的常见麻醉方式，但与局麻、颈丛麻醉、臂丛等麻醉相比，所行手术创伤一般较大。此外，有研究ASA麻醉分级越高，表示病情越严重，风险越高〔16〕。同时，这也意味着术中出血量、输液量、术后引流等相关风险因素的增加，使椎管内麻醉成为高龄老年患者术后低蛋白血症的风险因素。②肌酸激酶min：肌酸激酶主要存在于骨骼肌、心肌、平滑肌的细胞质和线粒体中，是一个与细胞内能量运转、肌肉收缩、ATP再生有直接关系的重要激酶，肌酸激酶水平较高反映了患者的创伤情况。对于骨折的患者来说，骨折及其伴随的软组织损伤，是术前肌酸激酶水平高的主要原因〔17〕。此类患者与劳损退变性骨科手术患者相比较，术前身体经受了初次打击，大大增加了低蛋白血症的常见风险因素。③总胆红素及直接胆红素:白蛋白作为游离胆红素变成结合胆红素的重要载体，直接参与胆红素完成肝肠循环〔18〕。对于术前胆红素水平较高的患者，笔者考虑是由于创伤骨折患者应激造成患者蛋白血合成功能下降，导致胆红素代谢降低所致〔19〕。综上所述，高龄老年骨科手术患者的术前白蛋白水平对患者术后的预后有十分重要的参考意义〔20〕。

3.3本研究的不足 本研究的局限在于病例来源于一所医院，样本量较小，还需样本量更大的资料进行进一步论证。其次，在文本型数据提取与标准化过程中还存在一些问题，例如：术中出血量、伤后至入院时间等，在自然语言识别过程中难以完全通过自动语义识别方式完成数据标准化工作，尚需要专业人员通过人工识别方式进行质量控制。